可持续城市转型中碳平衡与城市韧性协同发展的空间网络特征及影响因素

《RELIABILITY ENGINEERING & SYSTEM SAFETY》：Spatial Network Characteristics and Influencing Factors of the Synergistic Development of Carbon Balance and Urban Resilience in Sustainable Urban Transition

　　•构建了城市韧性与碳平衡耦合的综合分析框架。
•城市韧性-碳平衡网络向多中心结构转变。
•上海、苏州、无锡、南京产生了较强的区域溢出效应。
•气候因素、空间邻接、城镇化与技术创新共同塑造了城市韧性-碳平衡空间网络。

引言
在城镇化加速与全球气候变化加剧的双重压力下，联合国提出了建设包容、安全、韧性和可持续城市与人类住区的可持续发展目标。这一议程日益成为推动区域高质量发展的重要路径[23,57]。然而，城市在长期发展过程中仍面临严重的气候风险和系统性脆弱性，尤其是在碳排放上升和生态压力增大的条件下[31,90]，这对城市生态系统的稳定性和安全性构成了重大挑战[30,48]。城市碳预算系统将人类活动与生态过程相连接，具有典型复杂适应系统的特征[21]。同时，化石能源消费和土地利用变化不断重塑碳源与碳汇的空间格局，使城市成为碳失衡与风险累积的关键载体。作为应对不确定性和外部冲击的重要能力，城市韧性（Urban Resilience, UR）强调经济、社会、生态系统在扰动下维持、恢复和适应的能力[66,104]。它在内在机制上与碳平衡（Carbon Balance, CB）系统高度耦合，共同塑造城市可持续发展路径。因此，从系统耦合视角出发，考察城市韧性与碳平衡之间的协同关系及其空间关联特征，并揭示其网络化演化机制，对于推动长三角地区绿色低碳转型和区域协调发展具有重要的理论与实践意义。

针对这些挑战，将碳中和与城市韧性目标纳入城市规划，已被视为推进城市可持续转型的关键途径[8,86]。韧性城市关注城市系统在面临外部冲击（包括气候变化和自然灾害）时，保持核心结构和功能连续性的能力[14,42]。相比之下，碳中和城市旨在通过能源转型、绿色技术创新[45,60]、资源效率提升和碳汇增强，实现温室气体净零排放，从而支撑长期可持续性[3,10]。在实践中，中国部分城市率先探索了碳中和的发展路径。例如，深圳作为国家碳中和试点城市，建立了实现“双碳”目标的“1+N”政策框架，并在能源转型、产业升级和城市治理方面实施了系统性制度创新。这些努力为实现碳中和提供了宝贵的实践经验。随着城市转型日益复杂，碳中和与城市韧性需要从独立目标演变为一体化发展范式[17]。碳中和韧性作为一种新兴发展范式，关注气候变化减缓和适应的统筹推进[37]。它旨在通过优化能源结构、提升基础设施系统适应能力、增强生态系统服务功能以及加强社会治理机制来实现这一目标[11,59]，最终提升城市应对气候风险的整体能力和实现可持续转型。

碳平衡是评估区域碳预算的重要基础，也是衡量碳中和进展的关键指标。然而，在城市发展过程中，如何有效协调韧性建设与碳平衡之间的张力和协同关系，仍是一个需要进一步研究的核心科学问题。现有研究主要关注城市韧性与低碳发展之间复杂多维的关系，而对碳平衡的关注相对较少。首先，韧性城市通过增强基础设施韧性和适应能力，促进低碳基础设施的发展——包括可再生能源系统、智能电网和绿色交通网络[68,71]。城市韧性增强了学习、适应和创新能力，促进低碳技术的开发、扩散和应用，从而加速能源转型并转变生产与消费模式[67,77]。此外，环境韧性可以通过吸引绿色技术导向的投资来促进产业升级和碳减排[28]。其次，低碳城市发展可以通过人工智能等技术提高能源配置效率，减少对单一能源供应路径的依赖，从而增强城市能源韧性[49,67]。低碳基础设施不仅有助于减缓温室气体排放，还能强化生态系统服务功能，从而提升城市应对气候变化和极端天气扰动的能力[75]。同时，低碳产业的扩张推动经济结构调整和绿色转型，进一步提高城市经济系统应对外部风险的韧性[5]。在相互作用方面，已有研究报告指出碳减排与城市韧性之间存在正相关关系，高韧性和高碳减排的城市表现出空间集聚特征[59,80]。此外，城市韧性与低碳转型表现出较强的协同效应。因此，协调城市韧性与碳平衡已成为城市可持续转型的关键路径[52]。然而，城市是人口、产业和能源消费高度集中的空间单元，其碳平衡受经济、社会、生态和基础设施等多种因素影响。现有研究多聚焦于碳排放或碳汇等单一维度，而对城市韧性与碳平衡之间协调性的关注有限。因此，需要从城市系统视角进一步考察其耦合关系。

城市并非孤立实体，而是嵌入在与周边地区通过物质流、资本流和信息流形成的复杂互动网络中[15,78]。传统空间计量模型通常基于地理邻接性构建空间权重矩阵，从而关注邻近区域间的相互作用[25,62]。然而，日益增强的城市间要素流动性打破了传统地理边界，产生了跨区域和非邻接的空间网络，这些在标准空间计量框架中难以捕捉[61,95]。相比之下，社会网络分析（SNA）放宽了空间独立性的假设，直接分析关系数据，能够识别超越地理约束的非邻接空间联系[96,100]。引力模型进一步整合了经济规模和地理距离，不仅能够量化城市间联系强度，还能刻画双向互动路径，因此被视为构建空间关联网络的稳健方法[91,105]。尽管引力模型与社会网络分析已被广泛结合以揭示空间网络结构，但城市韧性与碳平衡协同演化的空间关联格局及其驱动机制仍未得到充分理解。

基于现有研究缺口，本研究利用中国长三角城市2006–2022年的面板数据，评估城市韧性与碳平衡之间的耦合协调关系。运用社会网络分析，从综合网络视角系统刻画空间关联网络中的结构特征、城市间联系和子群互动（图1）。本研究旨在从理论和实证层面识别城市韧性与碳平衡协同演化的空间关联模式，进一步依据低碳韧性空间网络的结构特征制定差异化减排策略，并为低碳韧性的区域治理提供系统、可行且科学依据的分析框架。本研究的主要贡献有三方面：第一，在研究框架上，超越传统单一系统范式，构建了整合系统耦合、空间流和空间溢出的双重分析框架，同时捕捉城市韧性-碳平衡研究中的系统内部协调和城市间外部联系。第二，在方法论上，将耦合协调度模型与社会网络分析相结合，克服了传统空间计量和地理方法强调局部关系的局限，实现了城市间城市韧性-碳平衡协调网络的整体识别与可视化。第三，在实践启示上，研究结果支持政策制定者优化区域协调和宏观政策设计，为整合城市韧性与碳平衡发展、促进城市可持续低碳转型提供科学依据。

章节片段
城市韧性-碳平衡耦合机制
城市韧性通过多种机制促进碳平衡改善。（1）经济韧性通过产业结构和技术系统的协同演化影响碳排放和碳汇。产业多样化促进新兴产业发展和产业结构优化，削弱对高碳产业的路径依赖，缓解资源枯竭和环境压力[34]。产业升级由技术进步和结构重组驱动。

研究区域
长三角是中国经济最活跃、开放程度最高的地区之一，创新能力强，城镇化水平和产业集聚程度均居全国前列。根据《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》（2019年），研究区域包括上海、江苏、浙江、安徽，涵盖41个地级市（图2）。作为中国重要区域，长三角对经济增长、产业……（原文截断）

耦合协调度时空动态
2006–2022年间，耦合协调度呈波动上升趋势，但总体仍处于较低水平。指数从2006年的0.234上升至2022年的0.307（图3a）。虽然整体协调水平有限，但耦合协调度显著提高，表明城市韧性与碳平衡之间的协同性逐步增强。相应地，耦合系统从“中度失调”向“轻度失调”转变。在省级层面（图3a），四个省市……（原文截断）

耦合协调度空间网络特征
从整体结构视角看，长三角耦合协调度空间网络在协同发展驱动下，城市间联系持续增强（图9）。这表明，随着区域一体化深化，城市间在资源共享、碳减排和生态碳汇协调方面的互动日益紧密[76]。这一发现与Gui等[12]的研究一致，其表明长三角创新网络已发展出日益紧密的……（原文截断）

结论
本研究考察了长三角城市韧性与碳平衡的协同发展，旨在揭示其耦合协调的空间网络结构和影响因素，并探讨协同网络如何向更强的区域联系演化。结果表明，2006–2022年城市韧性-碳平衡耦合协调度波动上升，但整体水平相对较低。空间分化和集聚特征日益显著。

资助声明
本研究受贵州省哲学社会科学规划年度项目资助（批准号：24GZYB87）。

数据可用性
数据可根据要求提供。

利益冲突声明
作者声明无利益冲突。

CRediT作者贡献声明
Silu Wang：概念化、方法论、写作、审阅与编辑。Shunyi Li：数据管理、图表制作。Silu Wang：图表制作、初稿写作。Shunyi Li：可视化、调查。Silu Wang：软件、验证、图表制作。

CRediT作者贡献声明
Silu Wang：写作——审阅与编辑、初稿写作、可视化、验证、监督。Shunyi Li：资源、项目管理、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。

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